Le jumeau numérique : l'enjeu des données en temps réel pour la transition énergétique des bâtiments et territoires

Métavers, Web 3.0, Digital Twin, Jumeau Numérique, BOS (Building Operating System), NFT (Non Fongible Token)… Voici des mots nouveaux qui depuis peu alimentent les réflexions et nous interroge. S’agit-il d’un simple effet de mode auquel il ne faut prêter qu’une attention relative ou est-ce une évolution de fonds dans la continuité de la mutation numérique de notre société à laquelle il convient impérativement de s’intéresser au risque d’être marginalisé ? 

Cependant, plus que jamais nous sommes confrontés à des défis majeurs qui nous contraignent à modifier drastiquement nos modèles et modes de vie en vue d’optimiser les ressources. Les évènements de cet été nous l’ont encore durement rappelé. Mais comment agir sobrement et modifier nos comportements sans information en temps réel sur nos actions et leurs conséquences sur l’environnement, à titre individuel ou collectif, et sans outils de modélisation permettant une approche globale et écosystémique ? C’est justement la promesse potentielle portée par les jumeaux numériques.
 

Le numérique pour tracer l’empreinte carbone


Face à ces défis et au chantier colossal qui se présente à nous pour espérer y répondre, le numérique semble incontournable à condition d’en faire un usage raisonné. Il permet en effet de tracer toute action et contribution sous forme de données brutes ou métadonnées (contextualisées), pour établir des liens entre elles. Il permet tout particulièrement une approche transversale et systémique des sujets alors que notre société et nos organisations fonctionnent encore en silo. Ainsi, si l’empreinte carbone de toute composante d’un bien ou d’un service est tracée dès son origine, il sera alors aisé de connaître l’empreinte carbone de ce bien ou de ce service et d’agir en conséquence. Si nous sommes en mesure d’établir l’empreinte carbone d’un bâtiment en prenant en compte à la fois les données relatives à sa construction ainsi que celles liées à son exploitation puis à sa destruction il sera alors facile de la relativiser en fonction de son taux d’utilisation. Cette valeur carbone du bâtiment pourra alors être intégrée dans un compte extra-financier de son propriétaire.

Elle pourra également servir de référence pour incrémenter le compte carbone individuel de chaque usager en fonction du temps passé dans ce bâtiment. Ce type d’approche peut être transposable à d’autres biens ou services comme le transport, l’alimentation, les déchets,… Il deviendra alors plausible de disposer d’une comptabilité carbone individuelle qui s’incrémentera au fur et à mesure de nos actions et contributions. Le poids carbone de tel ou tel bien ou service pouvant alors guider l’usager dans ses choix au bénéfice par exemple d’une économie circulaire ou régénératrice. Le jumeau numérique d’un bâtiment ou d’un territoire permettra d’agréger ces différentes données, d’établir des liens et de permettre une cartographie carbone dynamique des principaux biens et services.
 

À propos de la commission "empreinte carbone" de la SBA :

Pour aider les acteurs de l’immobilier à aborder sereinement et avec méthode ces mutations profondes, la Smart Buildings Alliance a créé fin 2021 la commission "empreinte carbone”. Animée par Brahim Annour, Chef de projet Innovation au sein de la foncière GECINA et Antoine Geoffroy, Directeur R&D et Innovation chez GECINA, la commission fait partie des commissions transverses de la Smart Buildings Alliance. Elle réunit aujourd’hui plus de 70 membres contributeurs issus de toutes tailles d’entreprises, de la TPE au grand compte, qui représentent l’ensemble des corps de métiers de la filière : maîtrise d’ouvrage, maîtrise d’œuvre, exploitation, fourniture de solutions. Elle intègre également des représentants d’organismes publics ou parapublics.
Pour que ses travaux au service de la réduction de l’empreinte carbone soient plus efficients, la commission est organisée en 3 sous-groupes de travail qui adressent différents enjeux :
•    Optimiser les consommations énergétiques du bâtiment grâce au numérique 
•    Réduire les émissions sur l’ensemble du cycle de vie des matériaux, équipements et bâtiments 
•    Rendre intelligent le fonctionnement des équipements pour plus de sobriété.

Sa feuille de route consiste à valoriser l’intégration du numérique dans les stratégies de réduction de l’empreinte carbone des bâtiments et des territoires, en réunissant tous les acteurs concernés, pour ensemble poser les enjeux, principes et cadres d’action d’une telle démarche. La commission « empreinte carbone » a vocation à coconstruire un cadre de référence ambitieux permettant de contribuer entres autres à la neutralité carbone et à l’optimisation énergétique en lien avec les enjeux du numérique, et mettre en évidence les recommandations pour mieux concevoir et exploiter les bâtiments.

La commission a vocation à définir une vision partagée et un langage commun de l’ensemble des acteurs des différents thèmes de la réduction de l’empreinte carbone appliquée au logement, au bâtiment et au territoire.

Le jumeau numérique et l’énergie


Prenons l’exemple de l’énergie. Nous sommes aujourd’hui confrontés à un fort renchérissement du coût de l’énergie consécutif à la crise Ukrainienne qui nous oblige à revoir rapidement nos politiques énergétiques. Alors que les bâtiments pèsent à eux seuls près de 45 % de notre consommation énergétique globale, réduire leur consommation ou optimiser leur utilisation contribuera grandement à répondre à ce défi. A ces fins il est nécessaire de connaître en temps réel la consommation énergétique d’un bâtiment et ceci idéalement, équipement par équipement, ou espace par espace, afin de sensibiliser les usagers et d’être en mesure de déployer des solutions d’optimisation et de pilotage tant au niveau micro que macro. Par ailleurs, le bâtiment ne peut plus être considéré comme un îlot isolé de son environnement.  En effet il peut être aussi bien consommateur, producteur ou stockeur d’énergie. Il doit à cet effet pouvoir communiquer en temps réel ses données pour un arbitrage entre les différents équipements en fonction de ses besoins énergétiques, de sa capacité de stockage ou d’effacement et de son environnement. 

Cette architecture qui se dessine pour l’énergie est bien entendu transposable à bien d’autres services. Ainsi, alors que l’eau représentera très vraisemblablement l’enjeu de la prochaine décennie, il faudra avoir la même approche pour l’eau que pour l’énergie avec une production locale (récupération des eaux pluviales ou alimentation par source, rivière ou nappe phréatique), du stockage et un assainissement local en complément de systèmes centralisés. Un bâtiment sera alors évalué également sur sa consommation d’eau et son aptitude à contribuer activement au réseau aquifère local.


Un système d’exploitation pour opérer l’ensemble des données à différentes échelles


Pour agréger un grand nombre de données par verticales en associant toutes les parties prenantes (usagers, bailleurs, propriétaires, fournisseurs d’énergies ou opérateurs de services), ceci n’est possible que si l’on dispose d’un espace mutualisé vers lequel convergeront toutes les données. C’est ce que nous appelons aujourd’hui l’OS du bâtiment ou BOS (Building operating system) qui lui-même sera en réseau avec d’autres pour une globalisation des données à une échelle plus importante : quartier, village, arrondissement, ville,… au sein de l’OS du territoire défini ou DOS (District Operating System). Véritable « coffre-fort » des données et métadonnées, l’OS vient alimenter en temps réel le jumeau numérique en données contextualisées et organisées permettant ainsi une représentation graphique dynamique des données.
 

Le bâtiment et les espaces dans leur environnement

Le jumeau numérique d’un territoire permet alors une modélisation des données et une représentation graphique en temps réel de ces données contextualisées et géolocalisées issues des différents OS répartis sur le territoire et devient dès lors la clé de voûte du système global en permettant la convergence de l’ensemble des données issues de systèmes hétérogènes accessibles à des applications de pilotage énergétique. Il s’agit là d’une véritable révolution venant remettre en cause nombre de solutions technologiques très verticales et de modèles économiques associés inadaptés aux enjeux actuels. Il s’agit de passer d’architectures centralisées et fermées à des architectures distribuées, ouvertes, multi acteurs et capables d’interagir en temps réel. 

Il en va de même pour les espaces qui pourront et devront de plus en plus être mutualisés au minimum à l’échelle d’un quartier afin d’en optimiser l’usage et par conséquent d’en réduire le poids économique ou environnemental. Le jumeau numérique permet alors d’avoir une vision 3D globale des espaces disponibles à un instant T et de gérer les occupations ainsi que la facturation à l’usage. Alors que la plupart des bâtiments actuels sont figés, mono-usages et utilisés à peine 33 % du temps. L’objectif est de passer à un taux d’usage d’au moins 50 % grâce aux outils numériques ainsi qu’une reconfiguration de ces espaces pour une utilisation mutualisée, multi usage et ouverte à l’extérieur.

 

Ceci est également valable pour la mobilité qui doit être de plus en plus partagée et multimodale ou encore pour la gestion des déchets avec la nécessité de tri local et de reconditionnement ou retraitement partiel ou total à l’échelle d’un territoire.

Le jumeau numérique d’un bâtiment ou d’un territoire permettra dès lors leur représentation suivant différents indicateurs tels que l’empreinte CO2, la flexibilité ou l’autonomie énergétique, l’autonomie en eau, le taux d’utilisation des espaces, le niveau d’économie circulaire… qui chacun contribueront à son attractivité et à sa valorisation.


De nouveaux modèles pour une meilleure valorisation


Par des modèles économiques innovants reposant sur le web3.0 et tout particulièrement la blockchain il permettra d’associer toutes les parties prenantes à un objectif précis relatif à un ou plusieurs indicateurs et d’attribuer une valeur NFT susceptible d’évoluer dans le temps et contraignant dans la durée l’ensemble des parties prenantes. 
 

A titre d’exemple, un électricien ou un chauffagiste pourront être liés dans le temps à la performance énergétique d’un bâtiment au même titre que ses usagers sur l’ensemble de sa durée de vie ou sur une durée conséquente garantissant la durabilité et la pertinence des solutions déployées. De même un promoteur pourra être lié à l’empreinte CO2 d’un bâtiment non plus uniquement à sa livraison mais également durant toute sa durée de vie en étant associé à une valeur NFT intégrant cet indicateur. 
 

Si le point de départ est la convergence de données hétérogènes et contextualisées au niveau d’un OS et la représentation de ces données dynamiques dans un jumeau numérique, nous voyons que l’ensemble des métiers, des modèles économiques et cadres juridiques sont amenés à suivre cette évolution consécutive au bâtiment 3.0 et au territoire 3.0. 

Un article signé par Emmanuel FRANÇOIS, ex-Président de la Smart Building Alliance


Article suivant : Accélérer la transformation de la Construction pour répondre au « Pacte vert » et à la « Décennie numérique » de l'Europe
 

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